Ecuaciones termoquímicas y cálculo de entalpía

ENTALPÍAS DE REACCIÓN

ENTALPÍA (H) Y FUNCIONES DE ESTADO

La entalpía es una función de estado, es decir, solamente depende de sus condiciones iniciales y finales y no de la trayectoria del proceso. Esta depende de la energía interna, presión y volumen según el siguiente modelo matemático:

𝐻=𝐸+𝑃𝑉

ReaccionesEndotérmicas Y Exotérmicas

ReacciónEndotérmica

ReacciónExotérmica

ECUACIONES TERMOQUÍMICAS

Son ecuaciones químicas balanceadas que indican el cambio de entalpía que acompaña la reacción. Son utilizadas para indicar si la reacción absorbe energía (endotérmica) o libera energía (exotérmica); y relacionar estequiométricamente la cantidad de reactivo consumido o producto formado con la energía transferida. A partir de estas reacciones se obtienen relaciones masa-energía.

1. La entalpía es una propiedad extensiva: La magnitud de ∆𝐻𝑟𝑥𝑛 es directamente proporcional a la cantidad de reactivo consumido o producto obtenido de la reacción.

PROPIEDADES DE LAS ECUACIONES TERMOQUÍMICAS

2. El ∆𝐻𝑟𝑥𝑛 tiene la misma magnitud pero signo opuesto para la reacción inversa

3. El ∆𝐻𝑟𝑥𝑛 depende de los estados de los reactivos y productos

PROPIEDADES DE LAS ECUACIONES TERMOQUÍMICAS

4. Si se multiplican ambos lados de la reacción química (reactivos y productos) por una constante “n”. El cambio de entalpía de reacción debe ser también multiplicado por ese mismo factor “n”.

MÉTODOS PARA CALCULAR ∆𝐻𝑅𝑋𝑁

Ley de Hess (mecanismos de reacción)

Métodos teóricos

Entalpias de formación estándar (∆Hf)

Cálculo ∆HRXN

Métodos experimentales

Calorimetría

MÉTODOS TEÓRICOS: LEY DE HESS

El método indirecto o Ley de Hess se aplica para el cálculo de ∆𝐻𝑟𝑥𝑛 cuando el proceso ocurre mediante un mecanismo de reacción, es decir, en una serie de reacciones químicas.

“Si una reacción se efectúa en una serie de pasos, el ∆𝐻𝑟𝑥𝑛 para la reacción global será igual a la suma de los cambios de entalpía para las etapas individuales”.

∆𝐻𝑟𝑥𝑛=∆𝐻1+∆𝐻2+….∆𝐻𝑛

MÉTODO DIRECTO: CÁLCULO TEÓRICO DE ∆𝑯𝑹𝑿𝑵 A PARTIR DE ENTALPÍAS DE FORMACIÓN

Entalpías de formación (∆𝑯𝒇): Se define entalpía de formación como el calor transferido cuando un compuesto se forma a partir de sus elementos constituyentes. Los cambios de entalpía dependen de otras variables como temperatura y presión, cuando la temperatura es de 25°C (298.15K) y la presión igual a 1.0 atm, estas se conocen como condiciones estándar termodinámicas.

El calor transferido cuando un compuesto se forma a partir de sus elementos a 25°C y 1.0 atm de presión se le llama entalpía de formación estándar (∆𝑯𝒇°).

CARACTERÍSTICAS DE LAS ENTALPÍAS DE FORMACIÓN ESTANDAR

• Los valores tabulados de entalpía de formación estándar, es el cambio de entalpía de la reacción que forma un mol de compuesto a partir de sus elementos en condiciones estándar (1 atm de presión y T=298.15K). La unidad utilizada es kJ/mol.

• La magnitud de la entalpía de formación estándar depende de los estados de agregación del compuesto formado.

• La entalpía de formación estándar de todos los elementos en estado fundamental, es siempre igual a cero.

CÁLCULO DE CÁLCULO TEÓRICO DE ∆𝑯𝑹𝑿𝑵 A PARTIR DE (∆𝑯𝒇°)

El cambio de entalpía de una reacción depende únicamente de su condición final e inicial. Para una reacción química, la condición inicial está dada por la entalpía de los reactivos y la condición final por la entalpía de los productos.

∆𝐻𝑟𝑥𝑛=𝐻𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠−𝐻𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠

A continuación, se muestra la entalpía de formación estándar del etanol 𝐶2𝐻5𝑂𝐻(𝑙)

Cuando un proceso ocurre a presión constante, como en las reacciones químicas, el calor trasferido es igual al cambio de entalpía en el proceso. El cambio de entalpia de reacción (∆𝐻𝑟𝑥𝑛) representa el flujo de energía ente el sistema químico, constituido por los reactivos y productos de la reacción; y el entorno, el cual es el medio en el cual se lleva a cabo la reacción.

La entalpía de reacción es una propiedad extensiva.

Las entalpías de formación estándar, pueden ser utilizadas para calcular el cambio de entalpía de una reacción, cuando esta ocurre en condiciones estándar termodinámicas, mediante la siguiente ecuación:

Donde m y n son los coeficientes estequiométricos de reactivos y productos